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Xolbenkühlung für Verbrennuugskraftmaschinen.
Die Erfindung bildet ein gekühlter Kolben für Verbrennungskraftmaschinen, bei dem durch besondere Anordnung der.. Kühlmittelkanäle und der Kühlflächen eine wirksame Kühlung der Kolbenoberflächen stattfindet.
Es sind gekühlte Kolben bekannt, die zwischen dem Kolbenboden und einem den Kolben tragenden Verbindungsstück der Kolbenstange ringförmige Rippen besitzen, so dass das Kühlmittel in den Raum zwischen den Rippen eingeführt werden kann, wobei der Übertritt desselben von der mittleren Ausnehmung in die Ringkammern und zum Kolbenrand durch radiale Bohrungen in den Rippen ermöglicht wird.
Diese Anordnung ist aber nicht sehr wirksam, da der grösste Teil des Kühlmittels in den Ringkammern unbeweglich ist, sich in kurzer Zeit erwärmt und die Berührungsflächen des kreisenden Kühlmittels mit dem Kolben für rasche Ableitung grösserer Wärmemengen nicht hinreichen. Dies ist insbesondere bei dampfgekühlten Kolben der Fall, da bei diesen der geringere Temperaturunterschied zwischen Kolben und Kühlmittel grössere Wärmeaustauschflächen bedingt.
Beim Kolben nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass an Stelle der Ringkammer zahlreiche dünne, im Wesen radiale Kanäle im Kolbenboden vorgesehen sind, in denen das Kühlmittel in ständiger Bewegung gegen den Kolbenrand strömt.
Die Zeichnung veranschaulicht den Kolben nach der Erfindung in beispielsweisen Ausführungen.
Fig. 1 gibt eine Draufsicht auf die Kolbenrückseite bei abgenommener Kolbenstange wieder und die
Fig. 2 und 3 zeigen weitere Anordnungen der vom Kühlmittel durchströmten Rillen in der Kolbenrückseite.
Der Kolben besitzt einen zylindrischen Rand 2 und ist mit einem System von Rillen 5 versehen, deren Tiefe nicht ganz der Höhe des Kolbenbodens entspricht, da die Rillen 5 von der einen Seite des
Kolbens bis nahe an dessen Aussenseite sich erstrecken, die dem Verbrennungsraum gegenüber liegt.
Durch diese Anordnung der Rillen wird ein dünner Kolbenboden erhalten. Um der Kolben die erforderliche Widerstandsfähigkeit und Festigkeit zu erteilen, ist er mittels Bolzen, die durch Bohrungen 8a reichen, mit einem flanschähnlichen Verbindungsstück der Kolbenstange verbunden. Die Innenfläche des
Verbindungsstückes liegt dicht auf den Rippen an, die durch Ausbildung der Rillen entstehen.
Fig. 1 zeigt eine besondere Form der Rillen, die benachbarte Reihen kreisförmiger Kanäle bilden.
Jede Reihe der Kanäle ist längs einer Evolvente angeordnet, die sich von einer mittleren Ausnehmung j. J des Kolbens bis zu dessen Rand erstreckt. Gewünschten Falles kann eine kreisförmige Rille zur Ver- bindung der Rillenreihen nahe dem Kolbenrand vorgesehen sein. Die kreisförmigen Rillen werden mit
Hilfe von Schneidwerkzeugen hergestellt. Ihre der Kühlflüssigkeit ausgesetzte Oberfläche kann ebenso wie die Oberfläche der zylindrischen Rippen 12 mit Schraubengewinde versehen sein, um die vom Kühl- mittel bespülte Fläche zu vergrössern. Durch dieses Rillensystem wird eine sehr grosse, von der Kühl- flüssigkeit bespülte Fläche und eine Anzahl Rippen 12 erhalten, die zwei Grundformen besitzen.
Die eine
Gruppe Rippen 12a ist nach einer Evolvente gekrümmt und besitzt eine unregelmässige, aus Zylinder- teilen zusammengesetzte Begrenzungsfläche, die anderen Rippen 12b sind zylindrische, von kreisförmigen
Rillen 5 umschlossene Zapfen. Die Zu-und Ableitung des Kühlmittels in den Kolben erfolgt in bekannter
Weise.
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Eine andere Ausbildung der Rillen für das Kühlmittel ist aus Fig. 2 ersichtlich. Der Kolben ist mit einer grossen Zahl kreisförmiger Rillen oder Kanäle 18 versehen, von denen jeder viele andere schneidet.
Diese Kanäle können mit einem Schneidewerkzeug hergestellt werden. In der Mitte wird eine Ausnehmung zum Eintritt und im Kolbenrand ein Ringkanal zum Austritt der Kühlflüssigkeit geschaffen. Kolben dieser Ausbildung sind besonders geeignet, wenn Dampf als Kühlmittel verwendet wird. Überdies sind die Kolben infolge der Anordnung des Verbindungsstückes der Kolbenstange, das mit dem Kolben durch Bolzen vereinigt ist, sehr fest. Der Querschnitt der Bolzen ist zweckmässig gleich dem Querschnitt der Rippen 12 zwischen den kreisförmigen Rillen 5 bei der Ausführung nach Fig. 1 oder dem Querschnitt der vierkantigen Rippen. ? bei der Ausführung nach Fig. 2.
Die beschriebenen Ausbildungen der Rillen sind besonders zweckmässig ; es können aber auch andere Formen verwendet werden. Beispielsweise können die Rillen 20 die Form von Evolventen erhalten (Fig. 3), die strahlenförmig von einer mittleren Ausnehmung des Kolbens zu dessen Rand reichen. Es können auch andere Rillen diese unter einem Winkel schneiden, so dass zwei Gruppen von Rillen vorhanden sind, die sich an verschiedenen Stellen schneiden. Das Herstellen der Rillen mittels Schneidwerkzeugen verursacht Schwierigkeiten ; es ist daher vorteilhaft, die die Rillen begrenzenden Rippen beim Giessen des Kolbens herzustellen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kolbenkühlung für Verbrennungskraftmaschinen, bei der das der Kolbenmitte zugeführte Kühlmittel gegen den Kolbenrand fliesst, gekennzeichnet durch die Mitte und den Rand des Kolbens unmittelbar verbindende, annähernd radiale Kanäle (5, 18, 20), durch die die Kühlflüssigkeit in mehreren dünnen Strömen oder Schichten geleitet wird.
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Piston cooling for internal combustion engines.
The invention forms a cooled piston for internal combustion engines, in which the piston surfaces are effectively cooled due to the special arrangement of the coolant channels and the cooling surfaces.
Cooled pistons are known which have annular ribs between the piston head and a connecting piece of the piston rod that supports the piston, so that the coolant can be introduced into the space between the ribs, the passage of the same from the central recess into the annular chambers and to the piston edge is made possible by radial holes in the ribs.
However, this arrangement is not very effective, since most of the coolant in the annular chambers is immobile, heats up in a short time and the contact surfaces of the circulating coolant with the piston are not sufficient for rapid dissipation of larger amounts of heat. This is particularly the case with steam-cooled pistons, since in these the lower temperature difference between the piston and the coolant results in larger heat exchange surfaces.
In the piston according to the invention, this is achieved in that, instead of the annular chamber, numerous thin, essentially radial channels are provided in the piston crown, in which the coolant flows in constant motion against the piston edge.
The drawing illustrates the piston according to the invention in exemplary embodiments.
Fig. 1 shows a plan view of the back of the piston with the piston rod removed and the
2 and 3 show further arrangements of the grooves in the rear of the piston through which the coolant flows.
The piston has a cylindrical edge 2 and is provided with a system of grooves 5, the depth of which does not quite correspond to the height of the piston head, since the grooves 5 from one side of the
Pistons extend to close to its outside, which is opposite the combustion chamber.
This arrangement of the grooves results in a thin piston crown. In order to give the piston the required resistance and strength, it is connected to a flange-like connecting piece of the piston rod by means of bolts which extend through bores 8a. The inner surface of the
The connecting piece rests tightly on the ribs that are created by forming the grooves.
Fig. 1 shows a particular shape of the grooves which form adjacent rows of circular channels.
Each row of the channels is arranged along an involute extending from a central recess j. J of the piston extends to its edge. If desired, a circular groove can be provided to connect the rows of grooves near the edge of the piston. The circular grooves will be with
Made with the help of cutting tools. Its surface exposed to the coolant, like the surface of the cylindrical ribs 12, can be provided with screw threads in order to enlarge the surface flushed by the coolant. This system of grooves gives a very large area flushed by the cooling liquid and a number of ribs 12 which have two basic shapes.
The one
The group of ribs 12a is curved in the shape of an involute and has an irregular boundary surface composed of cylinder parts, the other ribs 12b are cylindrical, of circular shape
Grooves 5 enclosed pegs. The coolant is fed into and out of the piston in a known manner
Wise.
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Another design of the grooves for the coolant can be seen from FIG. The piston is provided with a large number of circular grooves or channels 18, each of which intersects many others.
These channels can be made with a cutting tool. In the middle a recess is created for the entry and in the piston edge an annular channel for the exit of the cooling liquid. Pistons of this design are particularly suitable when steam is used as the coolant. Moreover, due to the arrangement of the connecting piece of the piston rod which is connected to the piston by bolts, the pistons are very strong. The cross section of the bolts is expediently the same as the cross section of the ribs 12 between the circular grooves 5 in the embodiment according to FIG. 1 or the cross section of the square ribs. ? in the embodiment according to FIG. 2.
The described configurations of the grooves are particularly useful; however, other shapes can also be used. For example, the grooves 20 can have the shape of involutes (FIG. 3), which radiate from a central recess of the piston to its edge. Other grooves can intersect them at an angle so that there are two groups of grooves that intersect at different points. Making the grooves by means of cutting tools causes difficulties; it is therefore advantageous to produce the ribs delimiting the grooves when the piston is cast.
PATENT CLAIMS:
1. Piston cooling for internal combustion engines, in which the coolant supplied to the center of the piston flows against the edge of the piston, characterized by approximately radial channels (5, 18, 20) directly connecting the center and the edge of the piston, through which the coolant flows in several thin streams or Layers is directed.